DE102010041920A1 - Method for representing concentration of contrast agent in predetermined volume portion of female breast, involves subtracting two dimensional low-energy image of female breast from two dimensional high-energy image - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um eine Konzentration eines Kontrastmittels oder den Verlauf der Konzentration des Kontrastmittels in einem vorbestimmten Volumenabschnitt mittels einer Tomosynthese darzustellen, sowie ein entsprechend ausgestaltetes Tomosynthesegerät.The present invention relates to a method for displaying a concentration of a contrast agent or the course of the concentration of the contrast agent in a predetermined volume section by means of a tomosynthesis, as well as a correspondingly designed tomosynthesis apparatus.
Zur Unterscheidung von bösartigen und gutartigen Läsionen oder Tumoren ist es bekannt, ein Kontrastmittel für den zu untersuchenden Volumenabschnitt zu verabreichen, und anhand der Dynamik der Kontrastmittelkonzentration eine entsprechende Bewertung der Läsion oder des Tumors vorzunehmen. Insbesondere bei bösartigen Tumoren erfolgt aufgrund der Neovaskularisierung eine Anreicherung des Kontrastmittels im Tumor, welche in der Regel sehr schnell (etwa innerhalb 1 min) erfolgt. Um also diesen Anstieg der Kontrastmittelkonzentration zu messen, ist eine schnelle Bildgebung erforderlich. Ein Tomosynthese-Scan dauert typischerweise bis zu 25 s, wobei sich während dieser Zeit die Kontrastmittelkonzentration innerhalb des darzustellenden Volumenabschnitts in der Anreicherungsphase sehr stark ändert, was bei der Tomosynthese zu Problemen bei der Rekonstruktion führt, da während des Tomosynthese-Scans inkonsistente Daten aus den verschiedenen Winkeln (aufgrund der sich zeitlich ändernden Kontrastmittelkonzentration) erfasst werden.To distinguish between malignant and benign lesions or tumors, it is known to administer a contrast agent for the volume section to be examined, and to make a corresponding assessment of the lesion or of the tumor on the basis of the dynamics of the contrast agent concentration. Especially in malignant tumors due to the neovascularization an accumulation of the contrast agent in the tumor, which is usually very fast (about within 1 min) takes place. Thus, to measure this increase in contrast agent concentration, fast imaging is required. A tomosynthesis scan typically lasts up to 25 s, during which time the contrast agent concentration within the volume segment to be displayed in the enrichment phase changes greatly, which leads to reconstruction problems in the tomosynthesis, since inconsistent data from the tomosynthesis scans occur during the tomosynthesis scan different angles (due to the time-varying contrast agent concentration) are detected.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher Aufgabe, die Kontrastmittelkonzentration und/oder den Verlauf der Kontrastmittelkonzentration besser darzustellen oder zu messen, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.The present invention therefore has as its object to better represent or measure the contrast agent concentration and / or the course of the contrast agent concentration, as is possible in the prior art.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Darstellung einer Konzentration eines Kontrastmittels in einem vorbestimmten Volumenabschnitt nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 11, durch ein Tomosynthesegerät nach Anspruch 18 oder 20, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 22 oder durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 23 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.According to the invention this object is achieved by a method for displaying a concentration of a contrast agent in a predetermined volume portion according to
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Darstellung einer Konzentration eines Kontrastmittels in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts mittels eines Tomosynthesegeräts bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren nach einer meist intravenösen Verabreichung des Kontrastmittels folgende Schritte:
- • Erstellen eines zweidimensionalen Niedrigenergiebildes (Mammographie) des vorbestimmten Volumenabschnitts mit einer niedrigen Röntgen-Strahlenenergie bzw. Röntgen-Strahlendosis (z. B. im Bereich von 20 bis 35 kVp). Dabei wird das Niedrigenergiebild insbesondere in einer Standard-Screening-Projektion (CC oder MLO) oder seltener als eine Diagnostikaufnahme (Spotkompression, Vergrößerungsmammografie) erstellt. Bei der Ausrichtung CC (”Cranial Caudal” (vom Kopf zum Fuß)) werden die Röntgenstrahlen derart erzeugt, d. h. die Röntgenröhre wird derart ausgerichtet, dass die Röntgenstrahlen lotrecht bzw. vertikal verlaufen. Demgegenüber verlaufen die Röntgenstrahlen bei der Ausrichtung MLO (”Medio Lateral Oblique”) mit einem bestimmten Winkel zur lotrechten Ausrichtung.
- • Erstellen eines oder mehrerer zweidimensionaler Hochenergiebilder (Mammographie) des vorbestimmten Volumenabschnitts mit einer hohen Röntgen-Strahlenenergie (z. B. im Bereich von 40 bis 50 kVp), welche wesentlich höher als die niedrige Röntgen-Strahlenenergie des Niedrigenergiebilds ist. Dabei wird das oder werden die Hochenergiebilder insbesondere nach dem Niedrigenergiebild erstellt, wobei die Ausrichtung zur Erstellung des bzw. der Hochenergiebilder insbesondere dieselbe wie die Ausrichtung bei der Erstellung des Niedrigenergiebilds ist.
- • Durchführen einer Hochenergie-Tomosynthese des vorbestimmten Volumenabschnitts.
- • Automatisches Subtrahieren des zweidimensionalen Niedrigenergiebildes von dem mindestens einen zweidimensionalen Hochenergiebild. Wenn es sich nur um ein Hochenergiebild handelt, wird das Niedrigenergiebild von diesem Hochenergiebild gewichtet subtrahiert. Bei mehreren Hochenergiebildern wird das Niedrigenergiebild von jedem dieser Hochenergiebilder gewichtet subtrahiert. Durch diese Subtraktion wird ein Ergebnis bzw. Ergebnisbild erzeugt, auf welchem die Konzentration des Kontrastmittels sichtbar ist. Dieses Subtrahieren wird auch als nicht temporäre Dual-Energie-Subtraktion (”Non Temporal Dual Enery Subtraction” oder ”Dual Enery Subtraction”) bezeichnet.
- • Insbesondere werden Bilddaten einer früheren Niedrigenergie-Tomosynthese, welche vor der Verabreichung des Kontrastmittels durchgeführt wurde, von Bilddaten der Hochenergie-Tomosynthese subtrahiert, was auch als temporäre (zeitliche). Dual-Energie-Subtraktion (”Temporal Dual Energy Subtraction”) bekannt ist.
- • Create a low energy, two-dimensional image (mammography) of the predetermined volume fraction with a low X-ray radiation dose (eg in the range of 20 to 35 kVp). The low-energy image is created in particular in a standard screening projection (CC or MLO) or, more rarely, as a diagnostic image (spot compression, magnification mammography). In CC ("cranial caudal"), X-rays are generated in this way, ie, the X-ray tube is oriented so that the X-rays are perpendicular. In contrast, the x-rays in the alignment MLO ("Medio Lateral Oblique") with a certain angle to the vertical orientation.
- • Create one or more two-dimensional high energy (mammography) images of the predetermined volume segment with a high x-ray energy (e.g., in the range of 40 to 50 kVp) that is substantially higher than the low x-ray energy of the low energy image. In particular, the high-energy image (s) is / are created according to the low-energy image, wherein the orientation for creating the high-energy image (s) is in particular the same as the alignment when the low-energy image is created.
- • Performing a high-energy tomosynthesis of the predetermined volume section.
- • Automatically subtracting the two-dimensional low energy image from the at least one two-dimensional high energy image. If it is just a high energy image, the low energy image from that high energy image is subtracted weighted. For multiple high energy images, the low energy image from each of these high energy images is subtracted weighted. This subtraction produces a result or result image on which the concentration of the contrast agent is visible. This subtraction is also referred to as non-temporary dual energy subtraction ("Non Temporal Dual Enery Subtraction" or "Dual Enery Subtraction").
- In particular, image data from a previous low-energy tomosynthesis performed prior to administration of the contrast agent is subtracted from image data of high-energy tomosynthesis, also as a temporal. Dual Energy Subtraction ("Temporal Dual Energy Subtraction") is known.
Während das Spektrum (genauer der Schwerpunkt des Spektrums) der Röntgenstrahlen zur Erstellung der Hochenergiebilder deutlich oberhalb der K-Kante des Kontrastmittels liegt, liegt das Spektrum (genauer der Schwerpunkt des Spektrums) der Röntgenstrahlen zur Erstellung des Niedrigenergiebildes deutlich unterhalb dieser K-Kante. Beim Einsatz eines Jod-Kontrastmittels wird also mit einer Röhrenspannung von deutlich oberhalb von 33 kVp (die Jod-Absorptionskante bzw. K-Kante liegt bei 33 kV) zur Erstellung eines Hochenergiebildes und mit einer Röhrenspannung von deutlich unterhalb von 33 kVp zur Erstellung eines Niedrigenergiebildes gearbeitet. (Beim Einsatz von Gadolinium als Kontrastmittel müsste z. B. insbesondere zur Erstellung des Hochenergiebildes im Vergleich zum Jod mit einer deutlich härteren Strahlung gearbeitet werden.) Dadurch weisen die Röntgenphotonen bei der Erstellung des Hochenergiebildes ausreichend viel Energie auf, um ein Elektron eines Kontrastmittelatoms aus der K-Schale zu entfernen, so dass das Kontrastmittel zumindest einen Teil der Röntgenstrahlung absorbiert. Dagegen weisen die Röntgenphotonen bei der Erstellung des Niedrigenergiebildes (meist) nicht genug Energie auf, um ein Elektron eines Kontrastmittelatoms aus der K-Schale zu entfernen, so dass die Röntgenstrahlung von dem Kontrastmittel nicht absorbiert wird.While the spectrum (more specifically the centroid of the spectrum) of the X-rays for generating the high energy images is well above the K-edge of the contrast agent, the spectrum (more specifically the centroid of the spectrum) of the X-rays for generating the low energy image is well below this K-edge. When using an iodine contrast agent is thus with a tube voltage of well above 33 kVp (the iodine absorption edge or K-edge is 33 kV) to create a high energy image and with a tube voltage of well below 33 kVp worked to create a low energy image. (When using gadolinium as a contrast agent, it would be necessary, for example, to work with a much harder radiation than the iodine in order to produce the high-energy image.) As a result, the x-ray photons generate enough energy to create an electron of a contrast agent atom when creating the high-energy image remove the K-shell, so that the contrast medium absorbs at least a portion of the X-ray radiation. In contrast, the X-ray photons in the creation of the low energy image (usually) not enough energy to remove an electron of a contrast agent from the K-shell, so that the X-rays from the contrast agent is not absorbed.
In ähnlicher Weise werden die einzelnen Projektionen der Hochenergie-Tomosynthese mit einer Röhrenstrahlung erstellt, dessen Spektrum deutlich oberhalb der K-Kante des Kontrastmittels liegt, während die einzelnen Projektionen der Niedrigenergie-Tomosynthese mit einer Röntgenstrahlung erstellt werden, dessen Spektrum deutlich unterhalb dieser K-Kante liegt. Da sich die Röntgenstrahlenergie bzw. -dosis in der Regel aus dem Produkt der Hochspannung (mit welcher die Röntgenröhre arbeitet), dem Röhrenstrom und der Aufnahmedauer (Schaltzeit) bestimmt, kann die Röhrenspannung (und damit die Energie der einzelnen Röntgenphotonen) zur Aufnahme eines Einzelbildes und zur Aufnahme einer Projektion einer Tomosynthese gleich sein, aber trotzdem die Röntgenstrahlendosis zur Erstellung der Projektion deutlich geringer als die Röntgenstrahlendosis zur Erstellung des Einzelbildes sein.Similarly, the individual projections of high-energy tomosynthesis are made with tube radiation whose spectrum is well above the K-edge of the contrast agent, while the individual projections of low-energy tomosynthesis are made with an X-ray whose spectrum is well below this K-edge lies. Since the x-ray energy or dose is usually determined by the product of the high voltage (with which the x-ray tube operates), the tube current and the recording time (switching time), the tube voltage (and thus the energy of the individual x-ray photons) can be used to take a single image and be the same for recording a projection of a tomosynthesis, but still be the X-ray dose to produce the projection significantly lower than the X-ray dose to create the single image.
Um die Bilddaten des Niedrigenergie-Tomosynthese-Scans von den Bilddaten des Hochenergie-Tomosynthese-Scans zu subtrahieren, gibt es mehrere Möglichkeiten:
- • Die Projektionen des Niedrigenergie-Tomosynthese-Scans werden mit den entsprechenden Projektionen des Hochenergie-Tomosynthese-Scans registriert (eventuell mit Einsatz einer Winkelinterpolation), und dann eine Subtraktion der jeweiligen Projektion des Niedrigenergie-Tomosynthese-Scans von der jeweiligen Projektion des Hochenergie-Tomosynthese-Scans durchgeführt, wobei anschließend eine Rekonstruktion von Schichtbildern vorgenommen werden kann.
- • Aus dem Niedrigenergie-Tomosynthese-Scan wird eine bestimmte Schicht innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts rekonstruiert, während aus dem Hochenergie-Tomosynthese-Scan ein dreidimensionales Modell des vorbestimmten Volumenabschnitts erstellt wird, welches pro Voxel auch eine Information über den Kontrastmittelgehalt pro Zeitpunkt enthält. Aus diesem dreidimensionalen Modell werden zu jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten Schichtbilder der bestimmten Schicht rekonstruiert, welche dann jeweils eine Information über den dem Zeitpunkt entsprechenden Kontrastmittelgehalt enthalten. Anders ausgedrückt wird erst eine Rekonstruktion und dann eine Subtraktion der (insbesondere registrierten und bewegungskorrigierten) Schichten durchgeführt.
- • The low energy tomosynthesis scan projections are registered with the corresponding projections of the high energy tomosynthesis scan (possibly using angle interpolation), and then a subtraction of the respective low energy tomosynthesis scan projection from the respective high energy tomosynthesis projection Scans performed, with subsequent reconstruction of layer images can be made.
- From the low-energy tomosynthesis scan, a specific slice within the predetermined volume segment is reconstructed, while from the high-energy tomosynthesis scan a three-dimensional model of the predetermined volume segment is created, which also contains information about the contrast agent content per time per voxel. From this three-dimensional model, at different times, slice images of the particular slice are reconstructed, which then each contain information about the contrast agent content corresponding to the time. In other words, first a reconstruction and then a subtraction of the (in particular registered and motion-corrected) layers are performed.
Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert demnach die temporäre Dual-Energie-Subtraktion von Tomosynthese-Ergebnissen mit der nicht temporären Dual-Energie-Subtraktion von zweidimensionalen Bildern. Dabei wird unter einer Dual-Energie-Subtraktion eine Subtraktion von ersten und zweiten Bilddaten verstanden, wobei die ersten Bilddaten mit einer höheren Röntgen-Strahlenenergie als die zweiten Bilddaten erstellt werden. Aus diesem Grund wird das Verfahren auch Zweispektrenmethode genannt, da die Röntgenstrahlung zur Erstellung der Niedrigenergie-Bilddaten und die Röntgenstrahlung zur Erstellung der Hochenergie-Bilddaten unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Anders ausgedrückt bezeichnet die Dual-Energie-Subtraktion die Subtraktion eines Niedrigenergiebildes von nur einem Hochenergiebild, welche beide in einem kurzen Zeitabstand aufgenommen werden.The method according to the invention thus combines the temporary dual-energy subtraction of tomosynthesis results with the non-temporary dual-energy subtraction of two-dimensional images. In this case, a subtraction of first and second image data is understood by a dual-energy subtraction, the first image data being created with a higher x-ray radiation energy than the second image data. For this reason, the method is also called the two-spectrum method, since the X-ray radiation for generating the low-energy image data and the X-ray for generating the high-energy image data have different wavelengths. In other words, the dual energy subtraction refers to the subtraction of a low energy image from only one high energy image, both taken in a short time interval.
Während die ersten und die zweiten Bilddaten bei der nicht temporären Dual-Energie-Subtraktion innerhalb eines recht kurzen Zeitraums (1–50 s) erstellt werden, werden die ersten und die zweiten Bilddaten bei der temporären Dual-Energie-Subtraktion zu unterschiedlichen Zeitpunkten erstellt, welche durchaus mehrere Minuten auseinander liegen können. Bei der temporären Dual-Energie-Subtraktion werden mehrere Subtraktionen mittels in zeitlichem Abstand erstellten (oder rekonstruierten) Hochenergie-Schichtbildern durchgeführt, wodurch eine Folge von Subtraktionsbildern entsteht, mit welchen der Verlauf des Kontrastmittels darstellbar ist.While the first and second image data are created in the non-temporary dual energy subtraction within a fairly short period of time (1-50 sec), the first and second image data are created at the temporary dual energy subtraction at different times, which can be several minutes apart. In the case of temporary dual-energy subtraction, multiple subtractions are performed by means of temporally spaced (or reconstructed) high-energy slice images, resulting in a sequence of subtraction images with which the course of the contrast agent can be represented.
Anders ausgedrückt kombiniert die vorliegende Erfindung die kontrastmittelunterstützte Dual-Energie-Tomosynthese (CEDET (”Contrast Enhanced Dual Energy Tomosynthesis”)) mit der kontrastmittelunterstützten Mammographie (CEDM (”Contrast Enhanced Digital Mammography”)).In other words, the present invention combines Contrast Enhanced Dual Energy Tomosynthesis (CEDET) with Contrast Enhanced Digital Mammography (CEDM).
Dabei wird erfindungsgemäß zwischen der Erstellung von zweidimensionalen Bildern (Mammographie) und der Tomosynthese unterschieden. Unter der (digitalen) Tomosynthese wird eine Kombination aus einer digitalen Bilderfassung und Bildbearbeitung bei einer geringen Bewegung der Röntgenröhre oder Röntgenquelle verstanden. Die Tomosynthese besitzt gewisse Ähnlichkeiten mit der Computertomographie (CT), wird allerdings als separate Technik angesehen. Während bei der Computertomographie Bilder während einer vollständigen 360° Drehung der Röntgenquelle um das Untersuchungsobjekt herum erstellt werden, schwenkt die Röntgenquelle bei der Tomosynthese nur um einen kleinen Winkel von beispielsweise 40°, wobei nur eine geringe Anzahl von Aufnahmen (typischerweise zwischen 7 und 60) erstellt werden. Durch den Einsatz von hoch auflösenden Detektoren kann eine sehr hohe Auflösung in Ebenen senkrecht zur so genannten Z-Achse (Achse in Richtung des Tomosynthesewinkels 0° bzw. lotrechten Richtung bzw. Ausrichtung CC) erzielt werden, auch wenn die Auflösung in Richtung der Z-Achse geringer ist. Das Haupteinsatzgebiet der Tomosynthese ist die Bildgebung der weiblichen Brust als Ergänzung oder als Ersatz der Mammographie. Im Vergleich zur Mammographie arbeitet die Tomosynthese mit einer geringeren Strahlenenergie pro Projektion. Beispielsweise entspricht bei gleicher Energie der einzelnen Röntgenphotonen die Gesamtstrahlenergie (d. h. die Summe der Strahlenergien, welche zur Erstellung aller Projektionen einer Tomosynthese benötigt werden) der Tomosynthese dem ein- bis zweifachen der Strahlenergie zur Erstellung eines zweidimensionalen Bildes.According to the invention, a distinction is made between the production of two-dimensional images (mammography) and tomosynthesis. By (digital) tomosynthesis is meant a combination of digital image capture and image processing with little movement of the x-ray tube or x-ray source. Tomosynthesis has some similarities to computed tomography (CT), but is considered a separate technique. While in computer tomography images during a full 360 ° rotation of the X-ray source are created around the subject to be examined, the x-ray source in the tomosynthesis pivots only by a small angle of, for example, 40 °, with only a small number of shots (typically between 7 and 60) are created. Through the use of high-resolution detectors a very high resolution in planes perpendicular to the so-called Z-axis (axis in the direction of the
Um die Röntgenstrahlenenergie zur Erstellung des zweidimensionalen Niedrigenergiebildes, des mindestens einen zweidimensionalen Hochenergiebildes und für den Hochenergie-Tomosynthese-Scan zu bestimmen, können entsprechende Angaben von früheren zweidimensionalen Aufnahmen und/oder von früheren Tomosynthese-Scans verwendet werden.In order to determine the x-ray energy to produce the two-dimensional low-energy image, the at least one high-energy two-dimensional energy image and the high-energy tomosynthesis scan, corresponding information from earlier two-dimensional images and / or from earlier tomosynthesis scans may be used.
Beispielsweise können das zweidimensionale Niedrigenergiebild und das bzw. die zweidimensionalen Hochenergiebilder in der Anreicherungsphase des Kontrastmittels erstellt werden, um die steigende Flanke der Kontrastmittelkonzentration zu erfassen. Der Hochenergie-Tomosynthese-Scan stellt dann insbesondere die Auswaschphase (fallende Flanke der Kontrastmittelkonzentration) dar. Da die Anreicherungsphase in der Regel kürzer als die Auswaschphase ist, werden die zweidimensionalen Bilder (das Niedrigenergiebild und das mindestens eine Hochenergiebild) zur Erfassung der Konzentration des Kontrastmittels oder besser zum Verlauf der Kontrastmittelkonzentration eingesetzt, da wenige zweidimensionale Bilder in einer kürzeren Zeitspanne erstellt werden können, als zur Durchführung eines Tomosynthese-Scans notwendig ist.For example, the two-dimensional low energy image and the two-dimensional high energy image (s) may be created in the enhancement phase of the contrast agent to detect the rising edge of the contrast agent concentration. The high-energy tomosynthesis scan then represents, in particular, the washout phase (falling edge of the contrast agent concentration). Since the enhancement phase is generally shorter than the washout phase, the two-dimensional images (the low energy image and the at least one high energy image) become the concentration of the contrast agent or better used for the course of the contrast agent concentration, since few two-dimensional images can be created in a shorter time than is necessary to perform a tomosynthesis scan.
Beispielsweise kann ein Zeitinterval vorgegeben werden, in welchem voraussichtlich eine Anreicherung des Kontrastmittels innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts stattfindet. Das zweidimensionale Niedrigenergiebild und das mindestens eine zweidimensionale Hochenergiebild werden dann automatisch in diesem Zeitinterval erstellt.For example, a time interval can be specified in which an accumulation of the contrast agent within the predetermined volume section is likely to take place. The two-dimensional low energy image and the at least one two-dimensional high energy image are then automatically generated in this time interval.
Dadurch wird erfindungsgemäß gewährleistet, dass das zweidimensionale Niedrigenergiebild und das mindestens eine zweidimensionale Hochenergiebild in der Anreicherungsphase des Kontrastmittels erstellt werden, so dass die nicht temporäre Dual-Energie-Subtraktion Aussagen über den Kontrastmittelverlauf in dieser Anreicherungsphase macht.As a result, it is ensured according to the invention that the two-dimensional low-energy image and the at least one two-dimensional high energy image are created in the enrichment phase of the contrast agent, so that the non-temporary dual-energy subtraction makes statements about the contrast agent course in this enrichment phase.
Vor der Subtraktion des zweidimensionalen Niedrigenergiebildes von dem mindestens einen zweidimensionalen Hochenergiebilds findet vorteilhafterweise eine Registrierung des zweidimensionalen Niedrigenergiebildes und des mindestens einen zweidimensionalen Hochenergiebildes statt, wobei zur Registrierung ein früheres zweidimensionales Niedrigenergiebild des vorbestimmten Volumenabschnitts eingesetzt wird, welches vor der Verabreichung des Kontrastmittels erstellt wurde. Dieses frühere zweidimensionale Niedrigenergiebild ist dabei in der Regel ein Bild, welches bei einer früheren Untersuchung des Patienten erstellt wurde.Prior to the subtraction of the two-dimensional low energy image from the at least one two-dimensional high energy image, registration of the two-dimensional low energy image and the at least one high-energy two-dimensional image advantageously takes place using an earlier two-dimensional low energy image of the predetermined volume segment created prior to administration of the contrast agent. This earlier two-dimensional low energy image is usually an image that was created in an earlier examination of the patient.
Durch die Registrierung werden die zu subtrahierenden Bilder bestmöglich aneinander angepasst und eventuell Bewegungen des Objekts korrigiert. Das Ziel bei der Bildregistrierung ist es, eine Transformation zu finden, die das Hochenergiebild bestmöglich in Übereinstimmung mit dem Niedrigenergiebild bringt. Dadurch wird verhindert, dass bei der Subtraktion nicht zusammenpassende Bildbereiche voneinander abgezogen werden.By registering, the images to be subtracted are adapted to each other in the best possible way and any movements of the object are corrected. The goal of image registration is to find a transformation that best matches the high energy image with the low energy image. This prevents that in the subtraction not matching image areas are subtracted from each other.
Durch den Einsatz eines früheren zweidimensionalen Niedrigenergiebildes bei der Registrierung können bei der Erstellung der aktuell erzeugten zweidimensionalen Bilder vorteilhafterweise Bewegungsartefakte, positionierungsbedingte und kompressionsbedingte Objektänderungen ausgeglichen werden.By using an earlier two-dimensional low-energy image during registration, when creating the currently generated two-dimensional images, it is advantageously possible to compensate for motion artifacts, positioning-related and compression-related object changes.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass das zweidimensionale Niedrigenergiebild und/oder das mindestens eine Hochenergiebild im Rahmen der Durchführung des Hochenergie-Tomosynthese-Scans erstellt werden. Dazu werden entsprechende Aufnahmeparametereinstellungen (z. B. Filtereinstellungen, Röhrenspannung, Röhrenstrom, Aufnahmedauer) des Tomosynthesegeräts und entsprechende Energiezufuhrparameter für eine Röntgenquelle des Tomosynthesegeräts bei einem Wechsel von Tomosynthese-Aufnahmen zu Aufnahmen des zweidimensionalen Niedrigenergiebildes und/oder des mindestens einen Hochenergiebildes vorgenommen. Zur Fortführung des Tomosynthese-Scans müssen diese geänderten Filtereinstellungen und geänderten Energiezufuhrparameter wieder auf ihre Einstellungen für die Tomosynthese geändert werden.According to the invention, it is possible for the two-dimensional low-energy image and / or the at least one high-energy image to be created during the performance of the high-energy tomosynthesis scan. For this purpose, corresponding recording parameter settings (eg filter settings, tube voltage, tube current, recording duration) of the tomosynthesis device and corresponding energy supply parameters for an x-ray source of the tomosynthesis device are made when changing tomosynthesis recordings to record the two-dimensional low energy image and / or the at least one high energy image. To continue the tomosynthesis scan, these altered filter settings and changed energy delivery parameters must be changed back to their settings for tomosynthesis.
Die Erstellung der zweidimensionalen Bilder während der Tomosynthese ermöglicht vorteilhafterweise, dass die zweidimensionalen Bilder zu einem beliebigen Zeitpunkt (also nicht unbedingt vor der Tomosynthese) erstellt werden können.The creation of two-dimensional images during tomosynthesis allows Advantageously, that the two-dimensional images at any time (not necessarily before the tomosynthesis) can be created.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform können folgende Schritte in folgender Reihenfolge durchgeführt werden:
- 1. Erstellen des zweidimensionalen Niedrigenergiebildes des vorbestimmten Volumenabschnitts.
- 2. Erstellen des mindestens einen Hochenergiebildes des vorbestimmten Volumenabschnitts.
- 3. Erstellen eines weiteren zweidimensionalen Niedrigenergiebildes eines weiteren Volumenabschnitts eines weiteren Untersuchungsobjekts.
- 4. Erstellen mindestens eines weiteren Hochenergiebildes des weiteren Volumenabschnitts.
- 5. Durchführen eines weiteren Hochenergie-Tomosynthese-Scans des weiteren Volumenabschnitts.
- 6. Durchführen des Hochenergie-Tomosynthese-Scans des vorbestimmten Volumenabschnitts.
- 1. Create the two-dimensional low energy image of the predetermined volume section.
- 2. Create the at least one high energy image of the predetermined volume section.
- 3. Create another two-dimensional low-energy image of another volume section of another examination object.
- 4. Create at least one further high-energy image of the further volume section.
- 5. Perform another high-energy tomosynthesis scan of the further volume segment.
- 6. Perform the high energy tomosynthesis scan of the predetermined volume section.
Dabei wird das weitere zweidimensionale Niedrigenergiebild von dem oder jeweils von den mehreren weiteren Hochenergiebildern subtrahiert, um durch diese weitere nicht temporäre Dual-Energie-Subtraktion anhand der dadurch erstellten Ergebnisse bzw. Ergebnisbilder die Konzentration des Kontrastmittels in dem weiteren Volumenabschnitt sichtbar zu machen.In this case, the further two-dimensional low-energy image is subtracted from or in each case from the several further high-energy images in order to make visible the concentration of the contrast agent in the further volume section by means of this further non-temporary dual-energy subtraction on the basis of the results or result images produced thereby.
Bilddaten eines früheren Niedrigenergie-Tomosynthese-Scans des weiteren Volumenabschnitts können von Bilddaten des Hochenergie-Tomosynthese-Scans des weiteren Volumenabschnitts im Rahmen einer temporären Dual-Energie-Subtraktion subtrahiert werden, um entsprechende Ergebnisse über den Kontrastmittelverlauf in dem weiteren Volumenabschnitt zu gewinnen.Image data of a previous low-energy tomosynthesis scan of the further volume section can be subtracted from image data of the high-energy tomosynthesis scan of the further volume section in the context of a temporary dual-energy subtraction in order to obtain corresponding results on the contrast agent course in the further volume section.
Diese erfindungsgemäße Ausführungsform ermöglicht vorteilhafterweise mit nur einer einzigen Verabreichung des Kontrastmittels die Untersuchung von zwei verschiedenen Untersuchungsobjekten (beispielsweise von einer rechten und einer linken Brust einer Patientin).This embodiment according to the invention advantageously enables the examination of two different examination objects (for example, a right and a left breast of a patient) with only a single administration of the contrast agent.
Der temporären Dual-Energie-Subtraktion, bei welcher Bilddaten des früheren Niedrigenergie-Tomosynthese-Scans von Bilddaten des Hochenergie-Tomosynthese-Scans subtrahiert werden, geht insbesondere eine Registrierung voraus, bei welcher die Bilddaten des früheren Niedrigenergie-Tomosynthese-Scans mit den Bilddaten des Hochenergie-Tomosynthese-Scans abhängig von dem zweidimensionalen Niedrigenergiebild registriert werden.The temporary dual-energy subtraction, in which image data of the earlier low-energy tomosynthesis scan is subtracted from image data of the high-energy tomosynthesis scan, is preceded in particular by a registration in which the image data of the earlier low-energy tomosynthesis scan with the image data of the High-energy tomosynthesis scans are registered depending on the two-dimensional low-energy image.
Durch den Einsatz des zweidimensionalen Niedrigenergiebildes bei der Registrierung können bei der Erstellung des Hochenergie-Tomosynthese-Scans vorteilhafterweise Bewegungsartefakte, positionierungsbedingte und kompressionsbedingte Objektänderungen ausgeglichen werden.By using the two-dimensional low energy image at registration, when creating the high-energy tomosynthesis scan, motion artifacts, positioning-related, and compression-related object changes can be advantageously compensated.
Darüber hinaus ist es möglich, dass ein Zeitinterval vorgegeben wird, in welchem eine Auswaschung des Kontrastmittels innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts erwartet wird. Anschließend wird die Hochenergie-Tomosynthese in diesem Zeitinterval automatisch durchgeführt, indem Parameter der Hochenergie-Tomosynthese (z. B. die Anzahl der zu erstellenden Projektionen oder der Zeitabstand zwischen den Projektionen) derart angepasst werden, dass die Hochenergie-Tomosynthese in dem vorgegebenen Zeitinterval durchführbar ist.In addition, it is possible that a time interval is specified in which a leaching of the contrast agent within the predetermined volume section is expected. Thereafter, the high-energy tomosynthesis is automatically performed in this time interval by adjusting high-energy tomosynthesis parameters (eg, the number of projections to be made or the interval between the projections) so as to make the high-energy tomosynthesis feasible in the given time interval is.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform können folgende Schritte nach der Verabreichung des Kontrastmittels in folgender Reihenfolge durchgeführt werden:
- 1. Erstellen des zweidimensionalen Niedrigenergiebildes des vorbestimmten Volumenabschnitts.
- 2. Erstellen eines weiteren zweidimensionalen Niedrigenergiebildes eines weiteren Volumenabschnitts.
- 3. Durchführen eines weiteren Hochenergie-Tomosynthese-Scans des weiteren Volumenabschnitts, wobei dabei auch ein oder mehrere weitere zweidimensionale Hochenergiebilder des weiteren Volumenabschnitts erstellt werden.
- 4. Durchführen des Hochenergie-Tomosynthese-Scans des vorbestimmten Volumenabschnitts, wobei dabei auch das eine oder die mehreren Hochenergiebilder des vorbestimmten Volumenabschnitts erstellt werden.
- 1. Create the two-dimensional low energy image of the predetermined volume section.
- 2. Create another two-dimensional low-energy image of another volume section.
- 3. Carrying out a further high-energy tomosynthesis scan of the further volume section, whereby one or more further two-dimensional high-energy images of the further volume section are thereby also created.
- 4. Performing the high energy tomosynthesis scan of the predetermined volume section, thereby also creating the one or more high energy images of the predetermined volume section.
Dabei wird auch das weitere zweidimensionale Niedrigenergiebild von dem oder jeweils den weiteren Hochenergiebildern subtrahiert (nicht temporäre Dual-Energie-Subtraktion). Auch eine temporäre Dual-Energie-Subtraktion von Bilddaten eines früheren Niedrigenergie-Tomosynthese-Scans, welcher vor der Verabreichung des Kontrastmittels bezüglich des weiteren Volumenabschnitts durchgeführt wurde, von Bilddaten des weiteren Hochenergie-Tomosynthese-Scans des weiteren Volumenabschnitts kann durchgeführt werden.In this case, the further two-dimensional low-energy image is subtracted from the or each of the other high-energy images (non-temporary dual-energy subtraction). A temporary dual-energy subtraction of image data of a previous low-energy tomosynthesis scan, which was carried out before the administration of the contrast agent with respect to the further volume segment, of image data of the further high-energy tomosynthesis scan of the further volume segment can also be carried out.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet folgende Vorteile:
- • Eine Kombination einer Dual-Energie-Bildgebung (Differenz aus dem zweidimensionale Niedrigenergiebild und den zweidimensionalen Hochenergiebildern) mit einer Darstellung der zeitlichen Anreicherung des Kontrastmittels und der Auswaschphase (insbesondere durch Ergebnisse der Hochenergie-Tomosynthese) ist möglich.
- • Durch die Erstellung von zweidimensionalen Bildern in der zeitlich kurzen Anreicherungsphase kann der Kontrastmittelsverlauf sehr genau bestimmt werden.
- • Durch den Einsatz der Hochenergie-Tomosynthese während der im Vergleich zur Anreicherungsphase zeitlich längeren Auswaschphase ist eine Lokalisierung beispielsweise von Läsionen und Tumoren auch im dreidimensionalen Raum möglich.
- • A combination of dual-energy imaging (difference between the two-dimensional low-energy image and the two-dimensional high energy images) with a representation of the temporal accumulation of the contrast agent and the washout phase (in particular by results of high-energy tomosynthesis) is possible.
- • By creating two-dimensional images in the short-term enrichment phase the contrast agent course can be determined very accurately.
- • By using high-energy tomosynthesis during the longer wash-out phase compared to the enrichment phase, localization of, for example, lesions and tumors is also possible in three-dimensional space.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein weiteres Verfahren zur Darstellung einer Konzentration eines Kontrastmittels in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts mittels eines Tomosynthesegeräts bereitgestellt. Dieses weitere Verfahren umfasst folgende Schritte:
- • Vorgeben eines Zeitintervalls, in welchem eine Anreicherung oder eine Auswaschung des Kontrastmittels innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts erwartet wird.
- • Automatisches Durchführen eines Tomosynthese-Scans des vorbestimmten Volumenabschnitts in dem vorgegebenen Zeitinterval. Abhängig von den Ergebnissen dieses Tomosynthese-Scans wird die Konzentration des Kontrastmittels in dem vorbestimmten Volumenabschnitt dargestellt oder bestimmt.
- • Specifying a time interval in which an enrichment or a leaching of the contrast agent within the predetermined volume section is expected.
- • automatically performing a tomosynthesis scan of the predetermined volume section in the predetermined time interval. Depending on the results of this tomosynthesis scan, the concentration of the contrast agent in the predetermined volume section is displayed or determined.
Indem der Tomosynthese-Scan an das vorgegebene Zeitinterval angepasst bzw. mit diesem synchronisiert wird, kann sowohl der Kontrastmittelverlauf in der Anreicherungsphase als auch der Kontrastmittelverlauf in der Auswaschphase mittels des Tomosynthese-Scans optimal dargestellt und gemessen werden. Wegen des hohen Schwächungskoeffizienten des Kontrastmittels ist ein Bildkontrast eines eventuell vorhandenen bösartigen Tumors auch bei der zur Erstellung der Projektionen während der Tomosynthese eingesetzten niedrigen Strahlenenergie (im Vergleich zur Mammographie oder Erstellung zweidimensionaler Bilder) ausreichend, um die Kontrastmittelkonzentration in dem Tumor quantitativ (d. h. durch entsprechende Pixelwerte) zu bestimmen. Da die während der Tomosynthese erstellten Projektionen zeitlich aufeinanderfolgend gewonnen werden, kann durch den Tomosynthese-Scan der Kontrastmittelverlauf dargestellt und gemessen werden.By adjusting the tomosynthesis scan to the predefined time interval or synchronizing it with it, both the contrast agent course in the enrichment phase and the contrast agent course in the washout phase can be optimally displayed and measured by means of the tomosynthesis scan. Because of the high attenuation coefficient of the contrast agent, image contrast of any malignant tumor is sufficient, even with the low beam energy used to produce the projections during tomosynthesis (compared to mammography or two-dimensional imaging), to quantitatively (ie, by corresponding Pixel values). Since the projections made during the tomosynthesis are obtained sequentially in time, the tomosynthesis scan can be used to display and measure the contrast medium profile.
Beispielsweise kann eine Anzahl von zu erstellenden Aufnahmen während eines Tomosynthese-Scans vorgegeben werden. Der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Aufnahmen dieser zu erstellenden Aufnahmen kann dann derart an das vorgegebene Zeitinterval angepasst werden, dass innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls die vorgegebene Anzahl von zu erstellenden Aufnahmen erzeugt wird.For example, a number of recordings to be made can be specified during a tomosynthesis scan. The time interval between two temporally successive recordings of these recordings to be made can then be adapted to the predetermined time interval in such a way that the predetermined number of recordings to be created is generated within the predetermined time interval.
Dadurch ist sichergestellt, dass die vorgegebene Anzahl von zu erstellenden Aufnahmen vollständig während der Anreicherungsphase oder während der Auswaschphase erzeugt wird. Anders ausgedrückt kann der Tomosynthese-Scan dadurch vorteilhafterweise mit der Verabreichung des Kontrastmittels synchronisiert werden, so dass der Tomosynthese-Scan gerade im interessierenden Zeitinterval (d. h. über die gesamte Anreicherungsphase oder über die gesamte Auswaschphase hinweg) erfolgt. Mit anderen Worten wird die Scan-Geschwindigkeit an die Dynamik des Kontrastmittels, d. h. an den Kontrastmittelverlauf angepasst. Demnach wird erfindungsgemäß berücksichtigt, dass die Anreicherung des Kontrastmittels relativ schnell erfolgt (innerhalb von circa 10–50 s), so dass ein schneller (kurzer Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Aufnahmen) Tomosynthese-Scan gefahren werden muss. Dagegen beträgt die Zeitdauer des interessierenden Zeitverlaufs bei der Ausscheidung des Kontrastmittels (Auswaschphase) einige Minuten. D. h. die Zeitdauer des Tomosynthese-Scans wird so eingestellt, dass diese Zeitdauer der Zeitdauer der Anreicherungsphase bzw. Auswaschphase entspricht.This ensures that the predetermined number of recordings to be made is generated completely during the enrichment phase or during the washout phase. In other words, the tomosynthesis scan can thereby advantageously be synchronized with the administration of the contrast agent, so that the tomosynthesis scan takes place precisely in the time interval of interest (that is to say over the entire enrichment phase or over the entire washout phase). In other words, the scan speed is related to the dynamics of the contrast agent, i. H. adapted to the contrast medium course. Accordingly, the invention takes into account that the accumulation of the contrast agent is relatively fast (within about 10-50 s), so that a faster (short distance between successive shots) Tomosynthesis scan must be driven. In contrast, the time duration of the time course of interest in the precipitation of the contrast agent (washout phase) is a few minutes. Ie. the duration of the tomosynthesis scan is set so that this time period corresponds to the duration of the enrichment phase or washout phase.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass sowohl die Anreicherungsphase als auch die Auswaschphase mit jeweils einem Tomosynthese-Scan verfolgt wird. Dazu kann ein erstes Zeitinterval, in welchem die Anreicherung des Kontrastmittels innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts erwartet wird, und ein zweites Zeitinterval, in welchem die Auswaschung des Kontrastmittels innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts erwartet wird, vorgegeben werden. Ein erster Tomosynthese-Scan wird dann in dem ersten Zeitinterval und ein zweiter Tomosynthese-Scan in dem zweiten Zeitinterval durchgeführt, um abhängig von den Ergebnissen dieser beiden Tomosynthese-Scans die Konzentration des Kontrastmittels in dem vorbestimmten Volumenabschnitt darzustellen oder zu bestimmen. D. h. die Zeitdauer des ersten Tomosynthese-Scans wird derart eingestellt, dass sie dem ersten Zeitinterval entspricht, und die Zeitdauer des zweiten Tomosynthese-Scans wird derart eingestellt, dass sie dem zweiten Zeitinterval entspricht.According to the invention, it is possible that both the enrichment phase and the washout phase are followed with a tomosynthesis scan. For this purpose, a first time interval, in which the accumulation of the contrast agent within the predetermined volume section is expected, and a second time interval, in which the leaching of the contrast agent within the predetermined volume section is expected, can be predetermined. A first tomosynthesis scan is then performed in the first time interval and a second tomosynthesis scan in the second time interval to depict or determine the concentration of the contrast agent in the predetermined volume portion, depending on the results of these two tomosynthesis scans. Ie. the duration of the first tomosynthesis scan is set to correspond to the first time interval, and the duration of the second tomosynthesis scan is set to correspond to the second time interval.
Ausgehend von Ergebnissen des oder der Tomosynthese-Scans können Schichtbilder des vorbestimmten Volumenabschnitts unter Berücksichtigung eines kinetischen Modells eines Flusses des Kontrastmittels innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts rekonstruiert werden. Das kinetische Modell basiert auf einem Gleichungssystem mit Differentialtermen zur Bestimmung der Ausbreitung des Kontrastmittels in der Anreicherungsphase und/oder der Auswaschphase. Das kinetische Modell ist aus der CE-MRI (”Contrast Enhanced Magnet Resonance Imaging”) bekannt, siehe
Indem bei der Rekonstruktion das kinetische Modell eingesetzt wird, können Veränderungen aufgrund von unterschiedlichen Kontrastmittelkonzentrationen zu verschiedenen Zeitpunkten im selben Volumenabschnitt vorteilhafterweise bei der Rekonstruktion von dreidimensionalen Bildinformationen des vorbestimmten Volumenabschnitts aus den während der Tomosynthese erstellten Projektionen berücksichtigt werden.By using the kinetic model in the reconstruction, changes due to different contrast agent concentrations at different times in the same volume portion can advantageously be taken into account in reconstructing three-dimensional image information of the predetermined volume portion from the projections made during tomosynthesis.
Darüber hinaus ist es möglich ausgehend von Ergebnissen des oder der Tomosynthese-Scans Bilddaten mit einem iterativen Rekonstruktionsalgorithmus zu rekonstruieren. Dabei kann der iterative Rekonstruktionsalgorithmus ein Modell des Kontrastmittelsflusses als Randbedingung an die zu erstellenden Projektionsbilder enthalten. Mit anderen Worten berücksichtigt der iterative Rekonstruktionsalgorithmus bei der Erstellung der dreidimensionalen Bildinformationen, dass zu verschiedenen Zeitpunkten im selben Volumenabschnitt unterschiedliche Kontrastmittelkonzentrationen (als Ergebnis des Kontrastmittelsflusses) vorherrschen. Als iterativer Rekonstruktionsalgorithmus kann beispielsweise ART (”Algebraic Reconstruction Technique”), SART (”Simultaneous ART”), SIRT (”Simultaneous Iterative Reconstruction Technique”), ML (”Maximum Likelihood”) oder MAP (”Maximum Activity Projection”) eingesetzt werden.Moreover, it is possible to reconstruct image data using an iterative reconstruction algorithm based on the results of the tomosynthesis scan (s). In this case, the iterative reconstruction algorithm can contain a model of the contrast agent flow as a boundary condition for the projection images to be created. In other words, when creating the three-dimensional image information, the iterative reconstruction algorithm considers that different contrast agent concentrations (as a result of the contrast agent flow) prevail at different times in the same volume segment. As an iterative reconstruction algorithm, for example ART ("Algebraic Reconstruction Technique"), SART ("Simultaneous ART"), SIRT ("Simultaneous Iterative Reconstruction Technique"), ML ("Maximum Likelihood") or MAP ("Maximum Activity Projection") can be used ,
Für den Fall, dass nur wenige Tomosynthese-Scans durchgeführt werden (beispielsweise nur zwei, nämlich ein Scan während der Anreicherung und ein Scan während der Anreicherung), kann die Gesamtdosis bzw. Gesamtenergie der Röntgenstrahlen während der erfindungsgemäßen Tomosynthese-Scans um einen vorbestimmten Faktor (beispielsweise 2) höher eingestellt werden, als es normalerweise bei der Durchführung einer normalen Tomosynthese der Fall ist.In the event that only a few tomosynthesis scans are performed (for example only two, namely a scan during the enrichment and a scan during the enrichment), the total dose or total energy of the X-rays during the tomosynthesis scans according to the invention can be reduced by a predetermined factor ( 2) higher than is normally the case with normal tomosynthesis.
Durch die Erhöhung der Gesamtdosis der Röntgenstrahlen entsprechend des vorbestimmten Faktors kann die Qualität der erstellten Bilddaten und damit die Zuverlässigkeit der quantitativen Bildauswertung erhöht werden.By increasing the total dose of X-rays according to the predetermined factor, the quality of the image data produced and thus the reliability of the quantitative image evaluation can be increased.
Darüber hinaus kann die Kontrastmittelkonzentration in dem vorbestimmten Volumenabschnitt aus Differenzbildern bestimmt werden. Dazu wird ein Bild, welches vor einer Verabreichung des Kontrastmittels von dem vorbestimmten Volumenabschnitts mittels eines Tomosynthesegeräts erstellt wurde, von einem weiteren Bild subtrahiert, welches ausgehend von Ergebnissen der erfindungsgemäß durchgeführten Tomosynthese rekonstruiert wird, um durch das entsprechende Differenzbild die Konzentration des Kontrastmittels in dem vorbestimmten Volumenabschnitt zu bestimmen.In addition, the contrast agent concentration in the predetermined volume section can be determined from difference images. For this purpose, an image which was created prior to administration of the contrast agent from the predetermined volume section by means of a tomosynthesis device is subtracted from a further image, which is reconstructed on the basis of results of the tomosynthesis carried out according to the invention by the corresponding difference image, the concentration of the contrast agent in the predetermined Volume section to determine.
Das weitere erfindungsgemäße Verfahren bietet folgende Vorteile:
- • Im Vergleich zur Magnetresonanztomographie kann gerade in der schnellen Anreicherungsphase eine höhere Ortsauflösung und eine höhere Zeitauflösung realisiert werden.
- • Indem die Scan-Geschwindigkeit (d. h. die Zeitdauer, in welcher der Tomosynthese-Scan durchgeführt wird) an die Kontrastmittelsdynamik angepasst wird, kann die Gesamtstrahlendosis, mit welcher die Patientin belastet wird, optimal gering gehalten werden.
- • In comparison to magnetic resonance tomography, a higher spatial resolution and a higher time resolution can be achieved, especially in the fast enrichment phase.
- By optimizing the scan speed (ie, the length of time the tomosynthesis scan is performed) to contrast agent dynamics, the total dose of radiation to which the patient is subjected can be optimally minimized.
Es sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren und das weitere erfindungsgemäße Verfahren miteinander kombiniert werden können. Insbesondere kann das weitere erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung des Hochenergie-Tomosynthese-Scans in der Auswaschphase eingesetzt werden.It should be noted that the method according to the invention and the further method according to the invention can be combined with one another. In particular, the further method according to the invention for carrying out the high-energy tomosynthesis scan in the washout phase can be used.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Tomosynthesegerät mit einem Detektor und einer Röntgenquelle, um auf den Detektor gerichtete Röntgenstrahlen zu imitieren, bereitgestellt. Dabei ist zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor ein Untersuchungsobjekt (insbesondere eine weibliche Brust) derart positionierbar, dass die Röntgenstrahlen einen vorbestimmten Volumenabschnitt des Untersuchungsobjekts durchlaufen, bevor sie auf den Detektor auftreffen. Das Tomosynthesegerät umfasst eine Steuerung zur Ansteuerung der Röntgenquelle und des Detektors und eine Bildrecheneinheit, um von dem Detektor erfasste Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu empfangen und ein Bild zu erstellen, welches eine Konzentration eines Kontrastmittels in dem vorbestimmten Volumenabschnitt darstellt. Das Tomosynthesegerät erzeugt nach Verabreichung eines Kontrastmittels ein zweidimensionales Niedrigenergiebild des vorbestimmten Volumenabschnitts und mindestens ein zweidimensionales Hochenergiebild des vorbestimmten Volumenabschnitts, wobei eine Strahlenenergie zur Erstellung eines Hochenergiebildes wesentlich höher als die Strahlenenergie zur Erstellung des Niedrigenergiebildes ist. Darüber hinaus führt das Tomosynthesegerät nach der Verabreichung des Kontrastmittels eine Hochenergie-Tomosynthese des vorbestimmten Volumenabschnitts durch, wobei eine Gesamtstrahlendosis der Hochenergie-Tomosynthese wesentlich höher als eine Strahlendosis zur Erstellung des zweidimensionalen Niedrigenergiebildes ist. Die Steuerung subtrahiert mit Hilfe der Bildrecheneinheit das zweidimensionale Niedrigenergiebild von jedem Hochenergiebild (nicht temporäre Dual-Energie-Subtraktion), um ein Ergebnis bzw. Ergebnisbild zu erzeugen, auf welchem die Konzentration des Kontrastmittels darstellbar ist.The present invention also provides a tomosynthesis apparatus comprising a detector and an x-ray source for imitating x-rays directed to the detector. In this case, between the X-ray source and the detector, an examination object (in particular a female breast) can be positioned such that the X-rays pass through a predetermined volume section of the examination subject before they strike the detector. The tomosynthesis apparatus includes a controller for driving the X-ray source and the detector, and an image calculating unit for receiving data of the predetermined volume portion detected by the detector and forming an image representing a concentration of a contrast agent in the predetermined volume portion. The tomosynthesis apparatus, upon administration of a contrast agent, generates a two-dimensional low energy image of the predetermined volume portion and at least one two-dimensional high energy image of the predetermined volume segment, wherein a beam energy for producing a high energy image is substantially higher than the beam energy for creating the low energy image. In addition, the tomosynthesis device performs one after administration of the contrast agent High-energy tomosynthesis of the predetermined volume section, wherein a total radiation dose of high-energy tomosynthesis is much higher than a radiation dose for creating the two-dimensional low energy image. The controller uses the image calculation unit to subtract the two-dimensional low energy image from each high energy image (non-temporary dual energy subtraction) to produce a result image on which the concentration of the contrast agent can be represented.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Tomosynthesegeräts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.The advantages of the tomosynthesis apparatus according to the invention essentially correspond to the advantages of the corresponding method according to the invention, which are carried out in advance in detail, so that a repetition is dispensed with here.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein weiteres Tomosynthesegerät mit einem Detektor und einer Röntgenquelle zur Emission von auf den Detektor gerichteten Röntgenstrahlen bereitgestellt. Auch bei diesem weiteren Tomosynthesegerät ist zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor ein Untersuchungsobjekt (insbesondere eine weibliche Brust) derart positionierbar, dass die Röntgenstrahlen einen vorbestimmten Volumenabschnitt des Untersuchungsobjekts durchlaufen, bevor sie auf den Detektor auftreffen. Auch das weitere Tomosynthesegerät umfasst eine Steuerung zur Ansteuerung der Röntgenquelle und des Detektors sowie eine Bildrecheneinheit, um von dem Detektor erfasste Daten des vorbestimmten Volumenabschnitt zu empfangen und ein Bild zu erstellen, von welchem eine Konzentration eines Kontrastmittels in dem vorbestimmten Volumenabschnitt ableitbar ist. Der Steuerung ist ein Zeitinterval vorgebbar, in welchem eine Anreicherung oder eine Auswaschung des Kontrastmittels innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts erwartet wird. Innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls führt das Tomosynthesegerät eine Tomosynthese durch, um abhängig von Ergebnissen dieser Tomosynthese (das Ergebnis ist insbesondere ein Bild) die Konzentration des Kontrastmittels in dem vorbestimmten Volumenabschnitt zu bestimmen.In the context of the present invention, another tomosynthesis apparatus is provided with a detector and an X-ray source for emitting X-rays directed to the detector. In this further tomosynthesis apparatus, an examination object (in particular a female breast) can be positioned between the x-ray source and the detector in such a way that the x-rays pass through a predetermined volume section of the examination subject before they strike the detector. The further tomosynthesis apparatus also comprises a controller for controlling the X-ray source and the detector and an image-calculating unit for receiving data of the predetermined volume section acquired by the detector and for producing an image from which a concentration of a contrast agent in the predetermined volume section can be derived. The controller is a time interval can be predetermined, in which an enrichment or a leaching of the contrast agent within the predetermined volume section is expected. Within the given time interval, the tomosynthesis device performs a tomosynthesis in order to determine the concentration of the contrast agent in the predetermined volume section, depending on the results of this tomosynthesis (the result is in particular an image).
Auch die Vorteile des weiteren erfindungsgemäßen Tomosynthesegeräts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.The advantages of the further inventive Tomosynthesegeräts essentially correspond to the advantages of the further inventive method, which are carried out in advance in detail, so that is omitted here a repetition.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit eines Tomosynthesegeräts laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung oder Steuereinrichtung des Tomosynthesegeräts läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen der Verfahren zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch compiliert (übersetzt) und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.Furthermore, the present invention describes a computer program product, in particular a computer program or software, which can be loaded into a memory of a programmable controller or a computing unit of a tomosynthesis device. With this computer program product, all or various embodiments of the inventive methods described above can be carried out when the computer program product is running in the control or control device of the tomosynthesis device. The computer program product may require program resources, eg. As libraries and auxiliary functions to realize the corresponding embodiments of the method. In other words, with the claim directed to the computer program product, in particular a computer program or a software is to be protected, with which one of the above-described embodiments of the method according to the invention can be executed or which executes this embodiment. The software may be a source code (eg C ++) which still compiles (translates) and bound or which only needs to be interpreted, or an executable software code which only has to be executed in the corresponding arithmetic unit load is.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit eines Tomosynthesegeräts gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.Finally, the present invention discloses an electronically readable medium, for. As a DVD, a magnetic tape or a USB stick on which electronically readable control information, in particular software (see above), is stored. When this control information (software) is read from the data medium and stored in a control unit of a tomosynthesis apparatus, all embodiments according to the invention of the methods described above can be carried out.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Ergänzung oder Erweiterung der kontrastmittelunterstützten Mammographie geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, da mit der vorliegenden Erfindung Kontrastmittelverläufe oder Kontrastmittelkonzentrationen auch in anderen Körperbereichen eines lebendigen Lebewesens dargestellt werden können.The present invention is particularly suitable for supplementing or expanding contrast-enhanced mammography. Of course, the present invention is not limited to this preferred field of application, since with the present invention, contrast agent courses or contrast agent concentrations can also be displayed in other body areas of a living organism.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.In the following, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments of the invention with reference to the figures.
In
In
In
In
In
In
Eine Steuerung des Tomosynthesegeräts
In
Die Aufnahme des zweidimensionalen Niedrigenergiebilds
Nach der Erstellung der zweidimensionalen Hochenergiebilder
Nach der Registrierung
Die Hochenergie-Tomosynthese
In
Nach der Verabreichung des Kontrastmittels wird zuerst von der rechten Brust der Patientin ein zweidimensionales Niedrigenergiebild und anschließend mehrere zweidimensionale Hochenergiebilder
Mit dem in
In
In
In
Im ersten Schritt S1 wird der Patientin ein Kontrastmittel verabreicht, bevor die zu untersuchende Brust im zweiten Schritt S2 zwischen der Lagerplatte und der Kompressionsplatte positioniert wird. Diese beiden ersten Schritte S1 und S2 können bezüglich ihrer Reihenfolge auch vertauscht werden, so dass das Kontrastmittel erst verabreicht wird, wenn die zu untersuchende Brust bereits zwischen der Lagerplatte und der Kompressionsplatte positioniert ist.In the first step S1, the patient is administered a contrast agent before the breast to be examined is positioned in the second step S2 between the bearing plate and the compression plate. These two first steps S1 and S2 can also be reversed in their order, so that the contrast agent is administered only when the breast to be examined is already positioned between the bearing plate and the compression plate.
Anschließend wird im folgenden Schritt S3 ein zweidimensionales Niedrigenergiebild mit einer entsprechend niedrigen Röntgenstrahlenenergie möglichst kurz nach der Verabreichung des Kontrastmittels erstellt. Während der Anreicherungsphase des Kontrastmittels in eventuell in der Brust vorhandenen Tumoren und Läsionen werden mehrere zweidimensionale Hochenergiebilder mit einer entsprechend hohen Röntgenstrahlenenergie im Schritt S4 erstellt.Subsequently, in the following step S3, a two-dimensional low-energy image with a correspondingly low X-ray energy is generated as soon as possible after administration of the contrast agent. During the enrichment phase of the contrast agent in possibly present in the breast tumors and lesions several two-dimensional high-energy images are created with a correspondingly high X-ray energy in step S4.
Da die Erstellung der zweidimensionalen Bilder (Mammographie) abgeschlossen ist, wird der Detektor im Schritt S5 vom zweidimensionalen Modus in einen Tomosynthese-Modus umgeschaltet. Anschließend wird im Schritt S6 ein Hochenergie-Tomosynthese-Scan mit einer entsprechend hohen Strahlenenergie durchgeführt, um Bilddaten der Auswaschphase des Kontrastmittels zu erstellen, bevor die Brust im Schritt S7 freigegeben wird.Since the creation of two-dimensional images (mammography) is completed, the detector is switched from the two-dimensional mode to a tomosynthesis mode in step S5. Subsequently, in step S6, a high-energy tomosynthesis scan is performed with a correspondingly high beam energy in order to create image data of the washout phase of the contrast agent before the breast is released in step S7.
Die Verarbeitung der in den Schritten S1 bis S7 erstellten Bilder oder Bilddaten erfolgt in den in
Im Schritt S8 wird das zweidimensionale Niedrigenergiebild
Im Schritt S10 werden die Bilddaten des Hochenergie-Tomosynthese-Scans mit Bilddaten eines vor der Verabreichung des Kontrastmittels durchgeführten Niedrigenergie-Tomosynthese-Scans registriert, wobei diese Registrierung abhängig von dem in Schritt S3 erstellten zweidimensionalen Niedrigenergiebilds durchgeführt wird. Im Schritt S11 wird aus den im Hochenergie-Tomosynthese-Scan erstellten Projektionen eine dreidimensionale Bildinformation der untersuchten Brust rekonstruiert. Mit Hilfe dieser dreidimensionalen Bildinformation lassen sich beliebige Schichtbilder (mit beliebigen Blickwinkeln) der untersuchten Brust erstellen. Zur Darstellung der Kontrastmittelkonzentration oder des Verlaufs der Kontrastmittelkonzentration in der Auswaschphase werden die Bilddaten des früheren Niedrigenergie-Tomosynthese-Scans von den Bilddaten des Hochenergie-Tomosynthese-Scans subtrahiert, was auch als temporäre Dual-Energie-Subtraktion bekannt ist.In step S10, the image data of the high-energy tomosynthesis scan with image data registered a low-energy tomosynthesis scan performed before the administration of the contrast agent, this registration is performed depending on the two-dimensional low-energy image created in step S3. In step S11, three-dimensional image information of the examined breast is reconstructed from the projections produced in the high-energy tomosynthesis scan. Using this three-dimensional image information, it is possible to create arbitrary slice images (with arbitrary angles) of the examined breast. For representing the contrast agent concentration or the course of the contrast agent concentration in the washout phase, the image data of the earlier low-energy tomosynthesis scan are subtracted from the image data of the high-energy tomosynthesis scan, which is also known as a temporary dual-energy subtraction.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1'1, 1 '
- NiedrigenergiebildLow-energy image
- 2, 2'2, 2 '
- HochenergiebildHigh-energy image
- 33
- Stativtripod
- 4, 4'4, 4 '
- Hochenergie-TomosyntheseHigh-energy tomosynthesis
- 55
- RöntgenstrahlenquelleX-ray source
- 66
- Armpoor
- 77
- Detektordetector
- 88th
- RegistrierungRegistration
- 99
- Subtraktionsubtraction
- 10, 1110, 11
- Kompressionsplattecompression plate
- 1212
- Brustchest
- 13–1513-15
- Elektromotorelectric motor
- 1616
- Bedienvorrichtungoperating device
- 1717
- Steuerungcontrol
- 1818
- frühere Niedrigenergie-Tomosyntheseearlier low-energy tomosynthesis
- 1919
- Rekonstruktionreconstruction
- 2121
- DVDDVD
- 2222
- Bildrechnercalculator
- 3030
- TomosynthesegerätTomosynthesegerät
- 3131
- früheres Niedrigenergiebildearlier low energy image
- 3838
- RegistrierungRegistration
- 3939
- Subtraktionsubtraction
- AA
- Achseaxis
- S1–S12S1-S12
- Verfahrensschrittstep
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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